0不知道有多少人去了解过语言的发展史，早期C语言的语法功能其实比较简单。随着应用需求和场景的变化，C语言的语法功能在不断升级变化。
虽然我们的教材有这么一个结论：C++语言是面向过程的语言，C++是面向对象的编程语言，但面向对象的概念是在C语言阶段就有了，而且应用到了很多地方，比如某些操作系统内核、通信协议等。
面向对象编程，也就是大家说的OOP（ObjectOrientedProgramming）并不是一种特定的语言或者工具，它只是一种设计方法、设计思想，它表现出来的三个最基本的特性就是封装、继承与多态。
strongerHuang
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为什么要用C语言实现面向对象
阅读文本之前肯定有读者会问这样的问题：我们有C++面向对象的语言，为什么还要用C语言实现面向对象呢？
C语言这种非面向对象的语言，同样也可以使用面向对象的思路来编写程序的。只是用面向对象的C++语言来实现面向对象编程会更简单一些，但是C语言的高效性是其他面向对象编程语言无法比拟的。
当然使用C语言来实现面向对象的开发相对不容易理解，这就是为什么大多数人学过C语言却看不懂Linux内核源码。
所以这个问题其实很好理解，只要有一定C语言编程经验的读者都应该能明白：面向过程的C语言和面向对象的C++语言相比，代码运行效率、代码量都有很大差异。在性能不是很好、资源不是很多的MCU中使用C语言面向对象编程就显得尤为重要。
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具备条件
要想使用C语言实现面向对象，首先需要具备一些基础知识。比如：（C语言中的）结构体、函数、指针，以及函数指针等，（C++中的）基类、派生、多态、继承等。
首先，不仅仅是了解这些基础知识，而是有一定的编程经验，因为上面说了“面向对象是一种设计方法、设计思想”，如果只是停留在字面意思的理解，没有这种设计思想肯定不行。
因此，不建议初学者使用C语言实现面向对象，特别是在真正项目中。建议把基本功练好，再使用。
利用C语言实现面向对象的方法很多，下面就来描述最基本的封装、继承和多态。
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封装
封装就是把数据和函数打包到一个类里面，其实大部分C语言编程者都已近接触过了。
C标准库中的fopen(),fclose(),fread(),fwrite()等函数的操作对象就是FILE。数据内容就是FILE，数据的读写操作就是fread()、fwrite()，fopen()类比于构造函数，fclose()就是析构函数。
这个看起来似乎很好理解，那下面我们实现一下基本的封装特性。
#ifndefSHAPE_H#defineSHAPE_H#include
这是Shape类的声明，非常简单，很好理解。一般会把声明放到头文件里面“Shape.h”。来看下Shape类相关的定义，当然是在“Shape.c”里面。
#include"shape.h"//构造函数voidShape_ctor(Shape*constme,int16_tx,int16_ty){me->x=x;me->y=y;}voidShape_moveBy(Shape*constme,int16_tdx,int16_tdy){me->x+=dx;me->y+=dy;}//获取属性值函数int16_tShape_getX(Shapeconst*constme){returnme->x;}int16_tShape_getY(Shapeconst*constme){returnme->y;}再看下main.c
#include"shape.h"/*Shapeclassinterface*/#include
Shapes1(x=0,y=1)Shapes2(x=-1,y=2)Shapes1(x=2,y=-3)Shapes2(x=0,y=0)
整个例子，非常简单，非常好理解。以后写代码时候，要多去想想标准库的文件IO操作，这样也有意识的去培养面向对象编程的思维。
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继承
继承就是基于现有的一个类去定义一个新类，这样有助于重用代码，更好的组织代码。在C语言里面，去实现单继承也非常简单，只要把基类放到继承类的第一个数据成员的位置就行了。
例如，我们现在要创建一个Rectangle类，我们只要继承Shape类已经存在的属性和操作，再添加不同于Shape的属性和操作到Rectangle中。
下面是Rectangle的声明与定义：
#ifndefRECT_H#defineRECT_H#include"shape.h"//基类接口//矩形的属性typedefstruct{Shapesuper;//继承Shape//自己的属性uint16_twidth;uint16_theight;}Rectangle;//构造函数voidRectangle_ctor(Rectangle*constme,int16_tx,int16_ty,uint16_twidth,uint16_theight);#endif/*RECT_H*/
#include"rect.h"//构造函数voidRectangle_ctor(Rectangle*constme,int16_tx,int16_ty,uint16_twidth,uint16_theight){/*firstcallsuperclass’ctor*/Shape_ctor(&me->super,x,y);/*next,youinitializetheattributesaddedbythissubclass...*/me->width=width;me->height=height;}
我们来看一下Rectangle的继承关系和内存布局：
因为有这样的内存布局，所以你可以很安全的传一个指向Rectangle对象的指针到一个期望传入Shape对象的指针的函数中，就是一个函数的参数是“Shape*”，你可以传入“Rectangle*”，并且这是非常安全的。这样的话，基类的所有属性和方法都可以被继承类继承！
#include"rect.h"#include
输出结果：
Rectr1(x=0,y=2,width=10,height=15)Rectr2(x=-1,y=3,width=5,height=8)Rectr1(x=-2,y=5,width=10,height=15)Rectr2(x=1,y=2,width=5,height=8)
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多态
C++语言实现多态就是使用虚函数。在C语言里面，也可以实现多态。现在，我们又要增加一个圆形，并且在Shape要扩展功能，我们要增加area()和draw()函数。但是Shape相当于抽象类，不知道怎么去计算自己的面积，更不知道怎么去画出来自己。而且，矩形和圆形的面积计算方式和几何图像也是不一样的。下面让我们重新声明一下Shape类：
#ifndefSHAPE_H#defineSHAPE_H#include
看下加上虚函数之后的类关系图：
5.1虚表和虚指针虚表（VirtualTable）是这个类所有虚函数的函数指针的集合。虚指针（VirtualPointer）是一个指向虚表的指针。这个虚指针必须存在于每个对象实例中，会被所有子类继承。在《InsideTheC++ObjectModel》的第一章内容中，有这些介绍。5.2在构造函数中设置vptr在每一个对象实例中，vptr必须被初始化指向其vtbl。最好的初始化位置就是在类的构造函数中。事实上，在构造函数中，C++编译器隐式的创建了一个初始化的vptr。在C语言里面，我们必须显示的初始化vptr。下面就展示一下，在Shape的构造函数里面，如何去初始化这个vptr。
#include"shape.h"#include
#include"rect.h"#include
5.4虚函数调用有了前面虚表（VirtualTables）和虚指针（VirtualPointers）的基础实现，虚拟调用（后期绑定）就可以用下面代码实现了。
uint32_tShape_area(Shapeconst*constme){return(*me->vptr->area)(me);}这个函数可以放到.c文件里面，但是会带来一个缺点就是每个虚拟调用都有额外的调用开销。为了避免这个缺点，如果编译器支持内联函数（C99）。我们可以把定义放到头文件里面，类似下面：
staticinlineuint32_tShape_area(Shapeconst*constme){return(*me->vptr->area)(me);}如果是老一点的编译器（C89），我们可以用宏函数来实现，类似下面这样：
#defineShape_area(me_)((*(me_)->vptr->area)((me_)))看一下例子中的调用机制：
5.5main.c
#include"rect.h"#include"circle.h"#include
largetsShapes(x=1,y=-2)Circle_draw_(x=1,y=-2,rad=12)Rectangle_draw_(x=-1,y=3,width=5,height=8)Circle_draw_(x=1,y=-3,rad=6)Rectangle_draw_(x=0,y=2,width=10,height=15)
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总结
还是那句话，面向对象编程是一种方法，并不局限于某一种编程语言。用C语言实现封装、单继承，理解和实现起来比较简单，多态反而会稍微复杂一点，如果打算广泛的使用多态，还是推荐转到C++语言上，毕竟这层复杂性被这个语言给封装了，你只需要简单的使用就行了。但并不代表，C语言实现不了多态这个特性。
参考素材：
https://blog.csdn.net/onlyshi/article/details/81672279
责任编辑：xj
原文标题：C语言实现面向对象的原理
文章出处：【微信公众号：strongerHuang】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。
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